Большая книга занимательных фактов в вопросах и ответах
Шрифт:
1.168. Какое первое крупное научное открытие сделано с помощью аппаратуры на околоземной орбите?
Первым крупным научным открытием, сделанным с помощью искусственных спутников Земли, стало обнаружение в 1958–1960 годах радиационных поясов Земли – внутренних областей земной магнитосферы, в которых собственное магнитное поле планеты удерживает заряженные частицы (протоны, электроны, альфа-частицы), обладающие большой кинетической энергией. В радиационных поясах частицы под действием магнитного поля движутся по сложным траекториям из Северного полушария в Южное и обратно. Выделяют (условно) внутренний и внешний радиационные пояса. Концентрация заряженных частиц в пределах каждого из них наиболее велика вблизи магнитного экватора Земли и убывает к магнитным полюсам. Кроме Земли мощными радиационными поясами обладают Юпитер и Сатурн.
1.169. В каком диапазоне Земля по яркости сравнима с Солнцем и многократно превосходит все остальные планеты Солнечной системы, вместе взятые?
В своей книге «Вселенная, жизнь, разум» И. С. Шкловский замечает, что если бы марсианские
1.170. Почему в неделе семь дней?
Семидневная неделя (период времени с особым названием каждого дня) впервые вошла в употребление на Древнем Востоке. Ее происхождение некоторые связывают с тем, что семь дней – это отрезок времени, приблизительно равный одной лунной фазе. Другие считают, что выбор семерки для числа дней в неделе обусловлен количеством известных тогда небесных светил, с которыми и отождествлялись дни недели. В I веке н. э. семидневной неделей стали пользоваться в Риме, откуда она распространилась по всей Западной Европе. Римляне назвали субботу днем Сатурна, а следующие по порядку – днем Солнца, Луны, Марса, Меркурия, Юпитера, Венеры. Эти названия в западноевропейских языках отчасти сохранились до настоящего времени. У некоторых народов было распространено деление времени на пятидневные недели. У древних египтян были приняты десятидневные недели – декады. В XVIII веке в период Великой французской революции декады существовали в календаре Франции.
1.171. Что такое сутки и как их измеряют?
Сутки связаны с движением Земли вокруг своей оси, но определение их на основе этого движения неоднозначно и приблизительно. По выбору «ориентира», относительно которого фиксируется время полного оборота Земли относительно собственной оси, различают сутки солнечные и звездные. Солнечные сутки – это промежуток времени между двумя последовательными пересечениями Солнцем одного и того же земного меридиана. Среднюю продолжительность таких суток договорились считать равной 24 часам. Звездные сутки определяются как время, затраченное Землей на полный оборот вокруг своей оси относительно звезд, расстояние до которых настолько велико, что их лучи можно считать параллельными. Продолжительность таких суток немного меньше и равна 23 часам 56 минутам и 4 секундам. Различие приблизительно в 4 минуты между звездными и солнечными сутками возникает из-за того, что Земля, вращаясь вокруг себя самой, одновременно обращается вокруг Солнца, и смещение нашей планеты за 24 часа не столь ничтожно по отношению к расстоянию Земля – Солнце, как относительно расстояния Земля – «неподвижные» звезды. Для того чтобы Солнце, наблюдаемое после полного оборота Земли вокруг своей оси из нового положения планеты, вновь оказалось на том же меридиане, необходимо, чтобы Земля «довернулась» примерно на один градус. Такой угол она проходит как раз приблизительно за 4 минуты. Строгости ради следует также упомянуть, что звездные сутки короче периода вращения Земли на 0,0084 секунды, поскольку, вследствие прецессии, ось вращения Земли постепенно изменяет свое направление, перемещаясь по конусу радиусом около 23,5 углового градуса с центром в полюсе эклиптики и совершая полный оборот за 25 770 лет. Звездные сутки неудобны для измерения времени на практике, так как они не согласуются с чередованием дня и ночи. Поэтому в обиходе приняты солнечные сутки.
1.172. Почему ни звездные, ни солнечные сутки нельзя использовать для определения точного времени?
На прецессионное движение земной оси накладываются небольшие колебания, обусловленные изменениями притяжения, оказываемого Луной и Солнцем на так называемый экваториальный избыток массы вращающейся Земли, который является следствием сжатия Земли у полюсов. Это явление, называемое мутацией, приводит к периодическому изменению продолжительности звездных суток. Длительность солнечных суток также величина переменная: они короче летом и длиннее зимой. Максимальная их продолжительность (в единицах среднего солнечного времени) составляет 24 часа и 30 секунд (23 декабря), а минимальная – 23 часа 59 минут и 39 секунд (15–16 сентября), то есть расхождение достигает 51 секунды. Это является следствием, во-первых, неравномерности движения Земли по эллиптической орбите вокруг Солнца и, во-вторых, наклона экваториальной плоскости Земли к эклиптике. Повышение точности измерения времени позволило обнаружить, что само вращение земного шара относительно собственной оси происходит не так равномерно, как это предполагалось ранее. Во вращении Земли можно выделить три основные неравномерности. Первая из них – это замедление вращения вследствие приливного трения, обусловленного притяжением Луны (сутки увеличиваются на 0,002 секунды в столетие). Вторая – годичные изменения, связанные, по-видимому, с сезонным переносом воздушных и водных масс, вследствие чего Земля быстрее всего вращается в августе и медленнее всего в марте (разница между самыми короткими сутками в августе и самыми длинными в марте составляет 0,0025 секунды). Третья неравномерность в собственном вращении Земли – это нерегулярные скачкообразные изменения длины суток, меняющие их продолжительность до секунды. Они зафиксированы в 1864, 1876, 1898, 1920 и 1956 годах. Причины пока не установлены, хотя среди них называют, например, перемещение масс внутри земной коры, воздействие землетрясений и даже возможные метеорологические факторы. Каждый из указанных выше факторов приводит к невозможности использования ни звездных, ни солнечных суток для измерения времени с точностью, которая требуется при решении современных научных и технических задач.
1.173. Что такое год?
Год – это интервал времени, за который наша планета полностью обходит свою орбиту вокруг Солнца. Продолжительность года различается в зависимости от того, берется за точку отсчета при его измерении бесконечно далекая звезда или Солнце. В первом случае определяется промежуток времени, в течение которого Солнце совершает свой видимый годичный путь по небесной сфере относительно звезд. Такой год называется звездным (сидерическим), а его продолжительность составляет 365 суток 6 часов 9 минут и 10 секунд. Но если измерить промежуток времени между двумя последовательными прохождениями Солнца через точку весеннего равноденствия (период, в течение которого на Земле происходит смена времен года – весны, лета, осени и зимы), то получим продолжительность солнечного (тропического) года, которая составляет 365 суток 5 часов 48 минут и 46 секунд. Различие между звездным и солнечным годом связано с тем, что из-за прецессии точек равноденствия каждый год дни равноденствий (а также солнцестояний) наступают «раньше» приблизительно на 20 минут по сравнению с предыдущим годом. Таким образом, Земля обходит свою орбиту чуть быстрее, чем Солнце в его видимом движении через звезды возвращается в точку весеннего равноденствия. В обыденной жизни мы пользуемся не звездным и не солнечным, а календарным годом, составляющим 365 суток для простых годов и 366 для високосных.
1.174. Как астрономы решили задачу определения точного времени?
Неравномерность вращения Земли заставила астрономов ввести особое – эфемеридное (ньютоновское) время, текущее совершенно равномерно, что позволяет использовать его в уравнениях движения небесных тел. Началом отсчета шкалы эфемеридного времени служит полдень 31 декабря 1899 года. В основу же счета времени положена эфемеридная секунда, определяемая как 1/ 31 556 9259747часть тропического (солнечного) года эпохи 1900 года. Продолжительность эфемеридных суток составляет 86 400 эфемеридных секунд.
1.175. Где проходит линия изменения даты?
Человек, вернувшийся к отправному пункту из кругосветного путешествия с запада на восток, обнаруживает, что он по своему счету времени опередил местных жителей на одни сутки. Человек, совершивший кругосветное путешествие в противоположном направлении, теряет одни сутки. Где на Земле появляется новая дата? Введенная международным соглашением «линия изменения даты» проходит в океане по 180-му меридиану, местами отклоняясь от него, огибая группы островов, мысы и т. д. Именно на этой линии в полночь (по времени 12-го часового пояса) впервые появляется на Земле новое число. Таким образом, Новый год первыми встречают на российской Чукотке, а последними – на американской Аляске. При переезде линии изменения даты с запада на восток (например, из Азии в Америку) путешественникам приходится два раза считать одно и то же число, а при обратном переезде – пропускать одно число.
1.176. Будет ли 2100 год високосным?
Основной единицей времени в современном календаре является тропический (солнечный) год, в течение которого завершается полный цикл изменений склонения Солнца и, следовательно, полная смена времен года. Современный календарь берет начало от юлианского календаря, который был разработан астрономом Созигеном из Александрии и введен в Риме в 46 году до нашей эры Юлием Цезарем (отсюда название). Средняя продолжительность года в юлианском календаре была принята равной 365,25 суток, что соответствовало известной в то время длине тропического года. Для удобства три года подряд считали по 365 дней, а четвертый (високосный) – 366 дней. Этот добавочный день включался в год, число лет которого кратно четырем. Впоследствии, однако, выяснилось, что юлианский календарь не полностью соответствует движению Солнца и смене времен года, «отставая» от них на трое суток за 400 лет. К концу XVI века отступление календаря от астрономических явлений достигло десяти дней. В 1582 году на основе буллы римского папы Григория XIII в ряде европейских стран был принят так называемый григорианский календарь, разработанный итальянским математиком Лилио (Луиджи Лилио Джиральди) и баварским астрономом-иезуитом Кристофером Клавием. Счет дней передвинули на 10 суток вперед (день после четверга 4 октября 1582 года предписывалось считать пятницей 15 октября). Чтобы в дальнейшем за каждые 400 лет было не 100 високосных, а 97, договорились не считать високосными те столетние годы (годы с двумя нулями на конце), в которых число сотен (две первые цифры) не делится без остатка на 4. Таким образом, годы 1700, 1800, 1900 не были високосными, год 2000 был високосным, а 2100-й – не будет високосным. Средняя продолжительность календарного года стала равной 365,2425 суток, тогда как продолжительность тропического года – 365,24219879 суток (календарный год длиннее истинного на 26 секунд). Поэтому расхождение григорианского календаря со счетом тропических годов достигает одних суток лишь по истечении 3300 лет, что вполне приемлемо для практических целей.
1.177. Чем современный астрономический счет лет до нашей эры отличается от гражданского?
В настоящее время в международных отношениях и в научных вопросах все народы мира употребляют григорианский календарь и счет лет от «рождества Христова». В гражданском счете лет перед «первым годом нашей эры» находится «первый год до нашей эры». В астрономическом же счете первому году нашей эры предшествует нулевой год, который следует за минус первым и т. д. Это позволяет астрономам сохранить правило определения високосных годов на все время, охватываемое историей человечества. Таким образом, например, Александр Македонский, с точки зрения историка, родился в 356 году до нашей эры, а точки зрения астронома – в минус 355 году.